Všichni víme o křemíku. Silikon používaný ve výrobě čipů je však někdy jednokrystalické křemík a někdy polykrystalický křemík. Výkon polykrystalického a jednokrystalového křemíku se výrazně liší. Jaké jsou tedy jejich příslušné výhody? Jaké jsou jejich aplikace? A jak se vyrábějí?
Co je to krystal?
Co je to krystal?
Krystal je pevná látka, ve které jsou atomy, ionty nebo molekuly uspořádány v prostorově pravidelném vzoru podle určité periodicity, což vytváří pravidelný geometrický tvar.
Mezi běžné krystalické materiály patří:
Kovové krystaly: jako je železo, měď, zlato a stříbro.
Iontové krystaly: NaCl, CUSO4 atd.
Dielektrické krystaly: oxid křemíku, nitrid křemíku atd., Které mohou být krystalický nebo amorfní.
Polovodičové krystaly: jako je křemík a germanium.
Co jsou křemík s jedním krystalem a polykrystalický křemík?
Jediný krystal označuje materiál, ve kterém jsou atomy, ionty nebo molekuly uspořádány rovnoměrně z jednoho konce na druhý a udržují stejnou orientaci. Celý krystal má pouze jednu krystalovou orientaci a neobsahuje hranice zrn.
Polykrystal odkazuje na materiál složený z mnoha malých zrn (jednotlivých krystalů), z nichž každá má vlastní jedinečnou krystalickou orientaci. Tato zrna se zdají být náhodně orientována na makroskopickém měřítku, ale orientace v každém zrnu je konzistentní.
Jednorázový křemík má obvykle pouze jednu krystalovou orientaci<100>, <110>, nebo<111>. Různé orientace krystalů mají různé účinky na procesy, jako je leptání, oxidace a implantace iontů během výroby polovodičů, což činí vhodnou orientaci zásadní pro optimalizaci výkonu čipů.
Porovnání vlastností monokrystalického křemíku a polykrystalického křemíku
Elektrické vlastnosti: Polykrystalický křemík má ve srovnání s monokrystalickým křemíkem mírně dolní elektrické vlastnosti, především kvůli střediskům rozptylu nosiče vytvořených v hranicích polykrystalických křemíkových zrna. Monokrystalický křemík však má vyšší elektronovou mobilitu kvůli nedostatku hranic zrn a strukturální kontinuitě.
Vzhled: Monokrystalický křemík se po leštění podobá zrcadlu. Je to proto, že když světlo zasáhne monokrystalický křemík, odráží světlo stejným způsobem a směrem. Naproti tomu, když světlo zasáhne polykrystalický křemík, každé krystalové zrno odráží světlo odlišně, což má za následek granulární vzhled.
Aplikace monokrystalického a polykrystalického křemíku v čipech?
Monokrystalický křemík
1. Monokrystalické křemíkové oplatky, používané jako substráty
2. Některé produkty čipu vyžadují tenké monokrystalické křemíkové vrstvy
1. V MOSFETS se polykrystalický křemík často používá jako materiál brány. V kombinaci s izolační vrstvou oxidu křemíku je polykrystalický křemík klíčovou složkou, která řídí tok proudu v tranzistorech.
2. Může být použit v solárních článcích a kapalných krystalových displejích.
3. jako obětní vrstva. Během výroby MEMS se obětní vrstva používá k vytvoření dočasné struktury, která je později odstraněna pro uvolnění trvalé struktury.
Jak se produkují jednokrystalový křemík a polykrystalický křemík?
Pokud je použit jako substrát,
Jednorázový křemík se obvykle vyrábí pomocí metody CZ nebo FZ. Metoda CZ byla dříve zavedena:
Úvod do úplného procesu CZ pro výrobu silikonu s jedním krystalem.
Na druhé straně polykrystalický křemík používá metody bloku lití, FBR a Siemens.
Pokud se formace filmu používá v čipu,
Jednokrystalické křemík vyžaduje CVD epitaxy, epitaxy molekulárního paprsku a další metody. Na druhé straně polykrystalický křemík může být vyroben pomocí CVD, PVD a dalších metod.